基于FLEXSIM的電機生產線平衡分析與改善

鮑丙亮

摘要：針對X電機廠總裝生產線的生產效率低的問題，分析了電機總裝生產線操作流程，結合Flexsim仿真分析，首先識別瓶頸工位，然后采用程序分析、操作分析和聯合作業分析的方法改善瓶頸工位，平衡各工位的工作負荷。結果顯示，生產線平衡率由49.5%提高到80.30%，生產節拍由40.5s降低為21s，日平均產量由350臺提高到677臺，仿真結果驗證了改善過程的有效性。

Abstract： In view of the low productivity， the operation flow of the assembly line of X Motor factory was analyzed， and the bottleneck station was analyzed by Flexsim simulation. Then the bottleneck station were improved and the work load for each station was balanced by the method of process analysis， operation analysis， and the joint operation analysis. The results show that assembly line balancing rate increased from 49.5% to 80.30%， production cycle time reduced from 40.5s to 21s， and average daily output increased from 350 to 677， the simulation results verify the effectiveness of the improvement process.

關鍵詞：Flexsim仿真;生產線平衡;生產節拍;瓶頸

Key words： Flexsim simulation;assembly line balance;production cycle time;bottleneck

中圖分類號：F273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）20-0264-04

0 ?引言

電機作為國民經濟生產生活所需設備的重要部件，被廣泛應用于機床、軋鋼機、傳送帶等設備上。2017年以來，環保督查、原材料漲價、新能源政策補貼退坡、人民幣貶值所帶來的各種成本壓力讓電機企業措手不及。電機制造業增速明顯放緩，利潤空間被進一步壓縮，利潤總額出現下滑。因此，如何以較少的投入，較低的成本，快速提高生產率成為眾多電機生產企業迫切需要解決的現實問題。通過計算機仿真技術尋找瓶頸工位，利用工業工程（IE）方法進行生產線平衡分析和改善，是降低成本，提高勞動生產率的有效解決方案，龔立雄等通過Flexsim仿真軟件進行仿真優化對摩托車涂裝生產線的瓶頸工序進行了二次優化，使得改進后的生產線基本達到平衡[1]。杜軒等通過Flexsim仿真對啤酒包裝生產線進行仿真優化，針對瓶頸工序提出改善方案，結果表明包裝生產線效率顯著增加[2]。張磊與李中原利用Flexsim仿真軟件對改善方案進行效果評價，驗證IE方法對生產線平衡改善的科學性、可行性[3]。Ma Yanhua等通過對制造系統的產品線平衡進行分析，進行改善，縮短了瓶頸工序時間，提高了生產線平衡[4]。Dewa等通過建立離散事件仿真模型，對瓶頸工序進行分析改善，提高了汽車裝配生產線平衡率[5]。Heung Jae Cho和Jae Park采用IE基礎方法中的模特分析法對生產線進行改善[6]。本文運用Flexsim仿真方法對X公司電機總裝車間生產線進行分析改善，通過基礎IE的方法來對流水線的瓶頸工位進行平衡優化，降低了節拍時間，提高了機器設備和人員的利用效率，并結合Flexsim軟件對改善效果進行評價，確保改善方案的科學性和有效性。

1 ?X公司電機總裝生產線現狀分析

X公司電機總裝車間為流水生產線采用鏈式傳送帶進行產品運輸，共有11個工序分別為：定子壓入機座、接線、安裝緊定螺釘、軸承冷壓、裝配轉子、專配端蓋、出廠試驗、噴漆前處理、整機面噴漆、后裝配、包裝。X公司電機總裝車間生產線的裝配生產線的工位與工序時間如表1所示。X電機總裝生產線工位布置圖如圖1，共11個工序，27個操作工人。

2 ?仿真模型設計與分析

以X公司的生產線流程為依據，建立如圖2的模型，其中發生器來代替進入生產線的初始產品，處理器代表操作工位，吸收器來代替最終產品出廠。建立Flexsim仿真模型，進行參數設置，對象的參數設置時間來自表2[7]。建模完成，參數設置成功后，按照一天8小時的標準工作時間（即28800s），運行Flexsim軟件。

運行所建的Flexsim仿真模型，得到初始模型統計報告如表3所示，初始時貨棧R的運行結果是706臺。得到初始模型仿真報告如表4所示，工序11的加工率為99.35%，而工序8的加工率為25.39%，這表明該電機生產線目前的狀態處于相當嚴重的生產線不平衡;同時可以得到，工序5、6、8的加工率為30.95%、25.96%、25.39%，而對應的工序5、6、8的阻塞率為67.14%、72.32%、73.51%。工序1、9、11的加工率為85.09%、77.50%、99.35%，由此表明工序1、9、11是該電機生產線的瓶頸工序，是需要重點改善的工序。

3 ?X公司電機總裝生產線優化

3.1 瓶頸工序11的改善過程

由以上分析得出該公司電機總裝車間裝配生產線上的瓶頸工序為工序11，通過現場的觀察與測時，對工序11中的包裝的過程進行操作的分解，畫出工序11的工藝程序圖，如圖3所示。

本改善方案首先對電機總裝車間生產線的工序11進行局部的改善。其中第一位工人完成前四個工步，包括裝訂紙箱、紙箱張貼標識、放入泡沫下箱、吊入電機并蓋好上箱，共需時間48s;第二位工人完成后三步工步，包括封箱、紙箱打包、放在木托盤上，共需33s。可以得出第一位工人的操作時間遠多于第二位工人的操作時間，并且第一位工人的操作步驟繁瑣程度也遠超過第二位工人，因此以前一位工人的操作順序為改進中心進行ECRS裝改善設計。具體改進方法如下：

①將工序11與前工序10進行操作步驟的分擔調整，由于工序11中的操作步驟二紙箱張貼標識需要進行標識的核對才能進行，而工序10中的步驟十七XY3合格證和能效標識張貼與步驟十八裸機條形碼張貼也需要進行標識的核對才能進行，所以可將工序11中的操作步驟二和操作三合并為工序10中的最后步驟，其中改善后工序10工藝程序圖如圖4所示。

②通過改善前布局圖1分析可得出由于裝箱內部所用的泡沫箱體放置在工序11一側，由于場地布置離工序11較遠，所花費的搬運時間較長;改善后則可將泡沫箱體放置在工序10一側，可節省物料搬運的時間，并且節省了工序11中的操作一的搬運泡沫箱體和標識的時間，同時工序10的最后一名工人同時與工序11的第一位工人共同完成工序11的裝訂紙箱、紙箱張貼標識、放入泡沫下箱三個操作動作。

通過上述的流程改善和局部的布局改善，工序10新增加了一個操作十九紙箱張貼標識，但是由于布局改善，使得總的工序10并沒有增加39s，而只增加33s左右，因此工序10的節拍時間為20.7s;工序11裝訂紙箱和紙箱張貼標識兩個步驟通過改善后節省了39s，改善后工序11的節拍時間為21s。

3.2 瓶頸工序1的改善過程

通過圖1對現有的裝配生產線的分析，改善后該裝配生產線上的最大作業元素的時間是工序1，節拍時間為34.2s，工序1為該生產線上新的瓶頸工位。

工序1的操作是由兩個工人配合完成，前三個步驟由一位工人完成，借助吊機將機座和鐵芯吊起并平放在生產線上，再將機座上套上限位圈，最后工人將機座、鐵芯和限位圈一起豎起在生產線上，推送到下一步驟處;后五個步驟由另一位工人完成，包括穿出引接線、放置壓圈、定子壓入機座、取下壓圈和限位圈、翻轉并取下底座共需時約40.5s。

①首先對第一位工人進行人機的操作分析，工人是借助吊機將機座和鐵芯吊起并平放在生產線上的，由于機座和鐵芯的重量較重且放置在工人的身后位置，所以工人需要不斷的轉身彎腰才能將機座和鐵芯吊起;同時由于機座和鐵芯分別放置在不同的置物架上，所以一臺電機就需要兩次轉身彎腰。通過加長吊機的吊臂，可首先吊起鐵芯，再吊起機座，然后一同放置在生產線上并將機座套限位圈，最后直接將鐵芯豎起穿入進機座內，使得三個步驟共同完成，減少了操作時間的同時也減輕了工人的勞動強度。改善后第一位工人的操作時間約節省了9s左右，總耗時約18.8s。

②對第二位工人的操作進行分析，第二位工人需要完成出引接線、放置壓圈、定子壓入機座、取下壓圈和限位圈、翻轉并取下底座共需時約40.5s，由于該生產線是電機的混裝生產線，所以在放置壓圈需要進行不同型號的壓圈的選擇，限位圈放置在操作工人的身后，選擇限位圈時需要轉身并挑選。改善時可在操作工人與生產線之間設置一個限位圈的掛鉤，使得相同電機型號的限位圈不需要重新選擇，極大的節省了時間。由于工位2的操作都是相對較輕松的操作，所以可將工序1中后一位操作工人的取下壓圈和限位圈擔到工位2的工人上。使得該工人的操作時間減少為23.2s，減少了約17.3s。

綜上可使得工序1的節拍時間減少約為21s，同時工序2由于總時間增加了約15s，使得工序2的節拍時間增加至20.1s。

3.3 瓶頸工序10的改善過程

通過對現有的裝配生產線的分析，該裝配生產線上新的瓶頸工序是工序9，節拍時間為31.5s。但是由于工序9為整機面噴漆，難以進行操作分析以及程序分析，所以采用聯合作業分析方法進行改善。工序9總耗時為63s，有兩個人共同完成，現通過對工位9增加1人，使得工序9的節拍時間縮短為21s。通過分析可知工序10生產負荷較低，現調度工序10一名員工到工序9進行工作。

分析表1，可以看出工序10的操作人員的工作負荷分布不均，其中第一個工人需要卸下電機，取下電機的風罩并放在指定的位置，耗時較長且工作強度大;分析圖1，可以看出第三個工人需要走到第一個工人的位置拿起風罩，再回到第三個位置將風罩安裝上，其中的走動是不必要的消耗時間。通過改進放置板，將放置板增加一個掛鉤即可，將風罩直接懸掛在掛鉤上，改善后結果如圖5所示。第四、五、六三位工人可合并為兩人的工作，具體合并結果如表5所示。

4 ?改善效果評價

根據X公司電機生產線個別工位生產負荷較大，生產能力相對較弱的問題，通過FLEXSIM仿真分析瓶頸工位，工序1、9、11的加工率為85.09%、77.50%、99.35%，由此表明工序1、9、11是該電機生產線的瓶頸工序，通過基礎IE的改善手法分別進行改善[8]，再將改善后的各個工序的節拍時間數據輸入到Flexsim仿真模型中，進行優化前后的分析對比，得到改善前后的仿真運行報告如表6所示，改善前后各指標對照如表7所示。

根據表7所示，本次針對南華電機總裝生產線的優化得到了如下的結果：

①電機生產線的生產線平衡率由49.49%提高到80.14%，是個各個工位的生產負荷達到較為平均的程度。②電機生產線的日平均產量由350臺提高到677臺，使得生產線的產量得到提升，提高了生產線的效率。③電機生產線的生產節拍時間由40.5s降低為21s。④生產線沒有出現阻塞的情況。

通過以上的分析，可以得到本次的優化達到了提升生產線效率、平衡生產負荷的目的，提高了機器設備和人員的利用效率，提升生產線的生產能力。

5 ?結束語

線平衡率是制約X公司電機總裝線生產能力的核心問題。本文首先采用Flexsim仿真識別生產線瓶頸工位。然后，選擇IE的改善方法，平衡各工位的工作負荷，最后，運用Flexsim仿真驗證改善效果，結果顯示，生產線平衡率由49.5%提高到80.3%，節拍時間由40.5s降低為21s，生產線的日平均產量由350臺提高到677臺，生產線平衡優化效果顯著。

參考文獻：

[1]龔立雄，譚國，黃敏.基于 Flexsim 的摩托車涂裝生產線仿真與優化研究[J].工業工程與管理，2014（3）：122-126.

[2]杜軒，潘志成.基于Flexsim啤酒包裝生產線仿真與優化[J].三峽大學學報（自然科學版），2016，38（4）：92-96.

[3]張磊，李中原.基于IE方法的組裝生產線平衡研究——以A公司為例[J].工業工程，2017，20（3）：45-52.

[4]Ma Y H ， Zhao K L ， Zheng Y B ， et al. The Research of Bottleneck Procedures of Truck Frame Assembly Line in Manufacturing System[J]. Applied Mechanics and Materials， 2012， 252：414-417.

[5]Dewa M， Chidzuu L. Managing bottlenecks in manual automobile assembly systems using discrete event simulation[J]. South African Journal of Industrial Engineering， 2013， 24（24）：155-166.

[6]Heung Jae Cho， Jae Park. Methodology of Estimating Assembly Cost by MODAPTS[J]. International Scholarly and Scientific Research & Innovation， 2012， 6（3）：544-548.

[7]周康渠，楊坤，游思琦.HTBS微耕機包裝線仿真與優化[J]. 工業工程，2019（1）：79-84.

[8]吳振華，雷輝.S公司減速器生產線平衡優化研究[J].價值工程，2018（9）：235-236.